一种基于光流追踪的MEMS器件面内运动测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112164037A(43)申请公布日2021.01.01(21)申请号202010973898.6(22)申请日2020.09.16(71)申请人天津大学地址300072天津市南开区卫津路92号(72)发明人张瑞峰夏涛乐(74)专利代理机构天津市北洋有限责任专利代理事务所12201代理人李素兰(51)Int.Cl.G06T7/00(2017.01)G06T7/33(2017.01)G06T7/62(2017.01)G06T7/269(2017.01)G01C11/08(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称一种基于光流追踪的MEMS器件面内运动测量方法(57)摘要本发明公开了一种基于光流追踪的MEMS器件面内运动测量方法，利用Shi‑Tomasi角点检测原理，对第一幅图像进行Shi‑Tomasi角点检测，得前帧图像中角点集P1；计算得到匹配点集P2；对后帧图像也进行角点提取，得到后帧图像之中的真实角点P3；使用后帧图像中计算出的真实角点集P3对P2中的元素做匹配，当P2中某点与P3中某点的距离坐标差值小于1时，将P2中该点保留，提取到提纯角点集P4；得到的提纯角点集中的元素，不仅是P1中角点的匹配点，同时也是P2中的真实角点；用P4中元素与P1中元素的匹配点对进行计算，得到(Δx、Δy、Δt)这三个信息，根据标定信息，计算出MEMS器件面内运动的位移、速度、相位信息。与现有技术相比，本发明能够提高MEMS器件面内运动的测量精度。CN112164037ACN112164037A权利要求书1/2页1.一种基于光流追踪的MEMS器件面内运动测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1：像素点大小标定：分别用不同的分辨率对标定尺进行拍照，计算出在不同倍数物镜和不同图片分辨率下，一个像素块大小对应真实世界的面积；步骤2：MEMS面内运动过程采样：设定好LED的驱动脉冲，以及相机的外触发脉冲，通过MEMS器件微运动图像采集模块采集足够的采样图像，在PC上位机中输入LED频闪频率，相机外触发脉冲产生以及MEMS器件面内运动的一周期采样数目相关信息，获取得到MEMS面内运动过程采样信息；步骤3、读入图像序列(f0-fn)进行分析；步骤4：提取前帧图像中角点集P1，具体包括以下处理：对第一幅图像进行Shi-Tomasi角点检测：设图像中某点(x,y)的灰度值为I(x,y)，以该点为中心建立窗口W，将窗口平移(Δx,Δy)产生灰度变化E(Δx,Δy)，计算过程如下：其中，Ix、Iy为像素点灰度值的一阶微分，若M的较小特征值有关大于预先设定阈值，则认为点(x,y)为Shi-Tomasi角点；获得前帧图像的角点集P1；步骤5：计算得到后帧图像的匹配角点集P2，具体包括以下处理：用步骤4中求得的前帧图像的角点集P1和第一幅图像计算出来的Shi-Tomasi角点对第二幅图像进行LK光流追踪计算：假设在一个窗口内的n个像素点具有相同的光流，则有：其中，u，v为目标物体速度在x方向，y方向的分量.Ix、Iy、It为灰度值关于x、y、t的一阶微分结果，将上式用的形式表示：方程组方程数量多于未知量个数为超定方程组，利用最小二乘法求解得到光流2CN112164037A权利要求书2/2页即通过上式计算后可以得到前帧图像的角点集P1中的每个角点的光流值，等同于角点在两幅图像之间的位移，将P1角点坐标与对应位移值相加得到后帧图像的匹配角点集P2；步骤6：根据步骤4中的方法对后帧图像也进行角点提取，得到后帧图像的真实角点集P3；步骤7：使用后帧图像中计算出的真实角点集P3对后帧图像的匹配角点集P2中的元素做匹配，当后帧图像的匹配角点集P2中某点与后帧图像之中的真实角点P3中某点的距离x,y坐标的差值小于1时，将后帧图像的匹配角点集P2中该点保留下来，加入到提纯角点集P4；否则，对后帧图像匹配角点集P2中的该点不做处理或删除该点；得到的提纯角点集中的元素，不仅是前帧图像的角点集P1的匹配点，同时也是后帧图像的匹配角点集P2中的真实角点；步骤8：用提纯角点集P4中元素与前帧图像的角点集P1中元素的匹配点对进行计算，根据匹配点对在图像中的坐标信息以及两帧图像的拍摄时刻，可知匹配点在x方向上的平均位移Δx、在y方向上的平均位移Δy以及两帧图像的采样时差Δt这三个信息，根据步骤1之中得到的标定信息，计算出MEMS器件面内运动的位移、速度、相位信息；步骤9：直至图像序列读取完成，整个流程结束。3CN112164037A说明书1/5页一种基于光流追踪的MEMS器件面内运动测量方法技术领域[0001]本发明涉及非接触测量领域，特别涉及一种基于光流追踪的MEMS(Micro-Ele